Android触摸事件的传递（二）--输入系统InputManagerService

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1 概述

当用户触摸屏幕或者按键操作，首次触发的是硬件驱动，驱动收到事件后，将该相应事件写入到输入设备节点，这便产生了最原生态的内核事件。
接着，输入系统取出原生态的事件，经过层层封装后成为KeyEvent或者MotionEvent；
最后，交付给相应的目标窗口(Window)来消费该输入事件。可见，输入系统在整个过程起到承上启下的衔接作用。

2 `Input`模块的主要组成：

Native层的InputReader负责从EventHub取出事件并处理，再交给InputDispatcher；
Native层的InputDispatcher接收来自InputReader的输入事件，并记录WMS的窗口信息，用于派发事件到合适的窗口；
Java层的InputManagerService跟WMS交互，WMS记录所有窗口信息，并同步更新到IMS，为InputDispatcher正确派发事件到ViewRootImpl提供保障；

3 整体框架类图

InputManagerService作为system_server中的重要服务，继承于IInputManager.Stub，作为Binder服务端，那么Client位于InputManager的内部通过IInputManager.Stub.asInterface()获取Binder代理端，C/S两端通信的协议是由IInputManager.aidl来定义的。

Android触摸事件的传递（二）--输入系统InputManagerService_第1张图片

input_binder.jpg

图解:

InputManagerService位于Java层的InputManagerService.java文件；
a. 其成员mPtr指向Native层的NativeInputManager对象；
NativeInputManager位于Native层的com_android_server_input_InputManagerService.cpp文件；
a. 其成员mServiceObj指向Java层的IMS对象；
b. 其成员mLooper是指“android.display”线程的Looper;
InputManager位于libinputflinger中的InputManager.cpp文件；
a. InputDispatcher和InputReader的成员变量mPolicy都是指NativeInputManager对象;
b. InputReader的成员mQueuedListener，数据类型为QueuedInputListener；通过其内部成员变量mInnerListener指向InputDispatcher对象；这便是InputReader跟InputDispatcher交互的中间枢纽。

4 启动调用栈(流程)

IMS服务是伴随着system_server进程的启动而启动，整个调用过程：

InputManagerService(初始化)
    nativeInit
        NativeInputManager
            EventHub
            InputManager
                InputDispatcher
                    Looper
                InputReader
                    QueuedInputListener
                InputReaderThread
                InputDispatcherThread
IMS.start(启动)
    nativeStart
        InputManager.start
            InputReaderThread->run
            InputDispatcherThread->run

整个过程首先创建如下对象：NativeInputManager，EventHub，InputManager， InputDispatcher，InputReader，InputReaderThread，InputDispatcherThread。接着便是启动两个工作线程InputReader,InputDispatcher。

5 IMS启动过程

private void startOtherServices() {
    //1. 初始化IMS对象
    inputManager = new InputManagerService(context);
    ServiceManager.addService(Context.INPUT_SERVICE, inputManager);
    ...
    //将InputMonitor对象保持到IMS对象
    inputManager.setWindowManagerCallbacks(wm.getInputMonitor());
    //2
    inputManager.start();
}

通过上述代码接下，分InputManagerService初始化和InputManagerService的启动来写。

6 InputManagerService初始化

6.1 构造方法

创建InputManagerService对象--构造方法：[-> InputManagerService.java]

public InputManagerService(Context context) {
     this.mContext = context;
     // 运行在线程"android.display"
     this.mHandler = new InputManagerHandler(DisplayThread.get().getLooper());
     ...

     //初始化native对象
     mPtr = nativeInit(this, mContext, mHandler.getLooper().getQueue());
     LocalServices.addService(InputManagerInternal.class, new LocalService());
 }

6.2 构造方法中调用nativeInit

[-> com_android_server_input_InputManagerService.cpp]

static jlong nativeInit(JNIEnv* env, jclass /* clazz */, jobject serviceObj, jobject contextObj, jobject messageQueueObj) {
    //获取native消息队列
    sp messageQueue = android_os_MessageQueue_getMessageQueue(env, messageQueueObj);
    ...
    //创建Native的InputManager【见小节2.3】
    NativeInputManager* im = new NativeInputManager(contextObj, serviceObj,
            messageQueue->getLooper());
    im->incStrong(0);
    return reinterpret_cast(im); //返回Native对象的指针
}

6.3 nativeInit中创建NativeInputManager

[-> com_android_server_input_InputManagerService.cpp]

NativeInputManager::NativeInputManager(jobject contextObj,
        jobject serviceObj, const sp& looper) :
        mLooper(looper), mInteractive(true) {
    JNIEnv* env = jniEnv();
    mContextObj = env->NewGlobalRef(contextObj); //上层IMS的context
    mServiceObj = env->NewGlobalRef(serviceObj); //上层IMS对象
    ...
    sp eventHub = new EventHub(); // 创建EventHub对象【见小节2.4】
    mInputManager = new InputManager(eventHub, this, this); // 创建InputManager对象
}

6.4 NativeInputManager中创建EventHub

[-> EventHub.cpp]

EventHub::EventHub(void) :
        mBuiltInKeyboardId(NO_BUILT_IN_KEYBOARD), mNextDeviceId(1), mControllerNumbers(),
        mOpeningDevices(0), mClosingDevices(0),
        mNeedToSendFinishedDeviceScan(false),
        mNeedToReopenDevices(false), mNeedToScanDevices(true),
        mPendingEventCount(0), mPendingEventIndex(0), mPendingINotify(false) {
    acquire_wake_lock(PARTIAL_WAKE_LOCK, WAKE_LOCK_ID);
    //创建epoll
    mEpollFd = epoll_create(EPOLL_SIZE_HINT);

    mINotifyFd = inotify_init();
    //此处DEVICE_PATH为"/dev/input"，监听该设备路径
    int result = inotify_add_watch(mINotifyFd, DEVICE_PATH, IN_DELETE | IN_CREATE);

    struct epoll_event eventItem;
    memset(&eventItem, 0, sizeof(eventItem));
    eventItem.events = EPOLLIN;
    eventItem.data.u32 = EPOLL_ID_INOTIFY;
    //添加INotify到epoll实例
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mINotifyFd, &eventItem);

    int wakeFds[2];
    result = pipe(wakeFds); //创建管道

    mWakeReadPipeFd = wakeFds[0];
    mWakeWritePipeFd = wakeFds[1];

    //将pipe的读和写都设置为非阻塞方式
    result = fcntl(mWakeReadPipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);
    result = fcntl(mWakeWritePipeFd, F_SETFL, O_NONBLOCK);

    eventItem.data.u32 = EPOLL_ID_WAKE;
    //添加管道的读端到epoll实例
    result = epoll_ctl(mEpollFd, EPOLL_CTL_ADD, mWakeReadPipeFd, &eventItem);
    ...
}

该方法主要功能：

初始化INotify（监听”/dev/input”），并添加到epoll实例
创建非阻塞模式的管道，并添加到epoll;

6.5 NativeInputManager中创建InputManager

[-> InputManager.cpp]

InputManager::InputManager(
        const sp& eventHub,
        const sp& readerPolicy,
        const sp& dispatcherPolicy) {
    //创建InputDispatcher对象
    mDispatcher = new InputDispatcher(dispatcherPolicy);
    //创建InputReader对象
    mReader = new InputReader(eventHub, readerPolicy, mDispatcher);
    initialize();
}

InputDispatcher和InputReader的mPolicy成员变量都是指NativeInputManager对象。

6.6 InputManager中创建InputDispatcher

[-> InputDispatcher.cpp]

InputDispatcher::InputDispatcher(const sp& policy) :
    mPolicy(policy),
    mPendingEvent(NULL), mLastDropReason(DROP_REASON_NOT_DROPPED),
    mAppSwitchSawKeyDown(false), mAppSwitchDueTime(LONG_LONG_MAX),
    mNextUnblockedEvent(NULL),
    mDispatchEnabled(false), mDispatchFrozen(false), mInputFilterEnabled(false),
    mInputTargetWaitCause(INPUT_TARGET_WAIT_CAUSE_NONE) {
    //创建Looper对象
    mLooper = new Looper(false);

    mKeyRepeatState.lastKeyEntry = NULL;
    //获取分发超时参数
    policy->getDispatcherConfiguration(&mConfig);
}

该方法主要工作：

创建属于自己线程的Looper对象；
超时参数来自于IMS，参数默认值keyRepeatTimeout= 500，keyRepeatDelay = 50。

6.7 InputManager中创建InputReader

[-> InputReader.cpp]

InputReader::InputReader(const sp& eventHub,
        const sp& policy,
        const sp& listener) :
        mContext(this), mEventHub(eventHub), mPolicy(policy),
        mGlobalMetaState(0), mGeneration(1),
        mDisableVirtualKeysTimeout(LLONG_MIN), mNextTimeout(LLONG_MAX),
        mConfigurationChangesToRefresh(0) {
    // 创建输入监听对象
    mQueuedListener = new QueuedInputListener(listener);
    {
        AutoMutex _l(mLock);
        refreshConfigurationLocked(0);
        updateGlobalMetaStateLocked();
    }
}

此处mQueuedListener的成员变量mInnerListener便是InputDispatcher对象。 InputManager创建完InputDispatcher和InputReader对象，接下里便是调用initialize初始化。

6.8 InputManager中初始化initialize

InputManager创建完InputDispatcher和InputReader对象，接下里便是调用initialize初始化。
[-> InputManager.cpp]

void InputManager::initialize() {
    //创建线程“InputReader”
    mReaderThread = new InputReaderThread(mReader);
    //创建线程”InputDispatcher“
    mDispatcherThread = new InputDispatcherThread(mDispatcher);
}

InputReaderThread::InputReaderThread(const sp& reader) :
        Thread(/*canCallJava*/ true), mReader(reader) {
}

InputDispatcherThread::InputDispatcherThread(const sp& dispatcher) :
        Thread(/*canCallJava*/ true), mDispatcher(dispatcher) {
}

初始化的主要工作就是创建两个能访问Java代码的native线程。

创建线程“InputReader”
创建线程”InputDispatcher“

整个的InputManagerService对象初始化过程并完成，接下来便是调用其start方法。

7 IMS.start

[-> InputManagerService.java]

public void start() {
    // 启动native对象[见小节2.10]
    nativeStart(mPtr);

    Watchdog.getInstance().addMonitor(this);

    //注册触摸点速度和是否显示功能的观察者
    registerPointerSpeedSettingObserver();
    registerShowTouchesSettingObserver();

    mContext.registerReceiver(new BroadcastReceiver() {
        @Override
        public void onReceive(Context context, Intent intent) {
            updatePointerSpeedFromSettings();
            updateShowTouchesFromSettings();
        }
    }, new IntentFilter(Intent.ACTION_USER_SWITCHED), null, mHandler);

    updatePointerSpeedFromSettings(); //更新触摸点的速度
    updateShowTouchesFromSettings(); //是否在屏幕上显示触摸点
}

7.1 start中调用nativeStart

[-> com_android_server_input_InputManagerService.cpp]

static void nativeStart(JNIEnv* env, jclass /* clazz */, jlong ptr) {
    //此处ptr记录的便是NativeInputManager
    NativeInputManager* im = reinterpret_cast(ptr);
    // [见小节7.2]
    status_t result = im->getInputManager()->start();
    ...
}

7.2 InputManager.start

[InputManager.cpp]

status_t InputManager::start() {
    result = mDispatcherThread->run("InputDispatcher", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    result = mReaderThread->run("InputReader", PRIORITY_URGENT_DISPLAY);
    ...
    return OK;
}

该方法的主要功能是启动两个线程:

启动线程“InputReader”
启动线程”InputDispatcher“

8 总结

分层视角：

Java层InputManagerService：采用android.display线程处理Message.
JNI的NativeInputManager：采用android.display线程处理Message,以及创建EventHub。
Native的InputManager：创建InputReaderThread和InputDispatcherThread两个线程

主要功能：

IMS服务中的成员变量mPtr记录Native层的NativeInputManager对象；
IMS对象的初始化过程的重点在于native初始化，分别创建了以下对象：
NativeInputManager；
EventHub, InputManager；
InputReader，InputDispatcher；
InputReaderThread，InputDispatcherThread
IMS启动过程的主要功能是启动以下两个线程：
InputReader：从EventHub取出事件并处理，再交给InputDispatcher
InputDispatcher：接收来自InputReader的输入事件，并派发事件到合适的窗口。

从整个启动过程，可知有system_server进程中有3个线程跟Input输入系统息息相关，分别是android.display, InputReader,InputDispatcher。

InputDispatcher线程：属于Looper线程，会创建属于自己的Looper，循环分发消息；
InputReader线程：通过getEvents()调用EventHub读取输入事件，循环读取消息；
android.display线程：属于Looper线程，用于处理Java层的IMS.InputManagerHandler和JNI层的NativeInputManager中指定的MessageHandler消息;

Android触摸事件的传递（二）--输入系统InputManagerService_第2张图片

事件分发1.png

参考

Android系统源码分析-事件收集
Android 输入系统（一）InputManagerService
Input系统—启动篇

Android触摸事件的传递（二）--输入系统InputManagerService

1 概述

2 Input模块的主要组成：

3 整体框架类图

4 启动调用栈(流程)

5 IMS启动过程

6 InputManagerService初始化

6.1 构造方法

6.2 构造方法中调用nativeInit

6.3 nativeInit中创建NativeInputManager

6.4 NativeInputManager中创建EventHub

6.5 NativeInputManager中创建InputManager

6.6 InputManager中创建InputDispatcher

6.7 InputManager中创建InputReader

6.8 InputManager中初始化initialize

7 IMS.start

7.1 start中调用nativeStart

7.2 InputManager.start

8 总结

参考

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2 `Input`模块的主要组成：